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化工廠中的智能傳感器的結構特點
更新日期：2010-11-25 瀏覽次數：2797
一般的傳感器只能作為敏感元件，須配上變換儀表來檢測物理量、化學量等的變化。隨著微電子技術的發展，出現了智能傳感器。智能傳感器采用超大規模集成電路，利用嵌入軟件協調內部操作，在完成輸入信號的非線性補償、零點錯誤、溫度補償、故障診斷等基礎上，還可完成對工業過程的控制，使控制系統的功能進一步分散。
智能傳感器集成了傳感器、智能儀表全部功能及部分控制功能，具有很高的線性度和低的溫度漂移，降低了系統的復雜性、簡化了系統結構。特點如下：
● 一定程度的人工智能是硬件與軟件的結合體，可實現學習功能，更能體現儀表在控制系統中的作用。可以根據不同的測量要求，選擇合適的方案，并能對信息進行綜合處理，對系統狀態進行預測。
● 多敏感功能將原來分散的、各自獨立的單敏傳感器集成為具有多敏感功能的傳感器，能同時測量多種物理量和化學量，全面反映被測量的綜合信息。
● 精度高、測量范圍寬隨時檢測出被測量的變化對檢測元件特性的影響，并完成各種運算，其輸出信號更為，同時其量程比可達100:1，zui高達400:1，可用一個智能傳感器應付很寬的測量范圍，特別適用于要求量程比大的控制場合。
● 通信功能可采用標準化總線接口，進行信息交換，這是智能傳感器的關鍵標志之一。
智能傳感器的出現將復雜信號由集中型處理變成分散型處理，即可以保證數據處理的質量，提高抗干擾性能，同時又降低系統的成本。它使傳感器由單一功能、單一檢測向多功能和多變量檢測發展，使傳感器由被動進行信號轉換向主動控制和主動進行信息處理方向發展，并使傳感器由孤立的元件向系統化、網絡化發展。
化工廠中的智能傳感器與儀表工程
圖1為化工廠某儀表工程項目示意圖，液體通過閥門定位器進入化工槽罐，在進口管道中安裝了電磁流量計，以進行瞬時流量和累計流量的控制；在化工槽罐底部安裝了壓力傳感器，以進行液位的檢測。該項目由于在化工現場，需要本質安全型儀表，且需要進行數據交換，控制精度要求高。
圖1、化工廠某儀表工程項目的示意圖
根據工程需要，結合西門子PLC控制的實際情況，化工廠儀表工程項目可以按照如圖2進行控制系統構建。
圖2、控制系統構建
該控制系統中，DP/PA耦合器是PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA兩種總線的結合點和物理連接器。DP/PA耦合器可以單獨使用，也可以和DP Link配合使用，在本項目中單獨使用即可。
D P / PA耦合器有兩種型號， 即Exi DP/PA耦合器和FDC 157-0 DP/PA耦合器，前者zui大輸出電流110mA，用于防爆場合；后者zui大輸出電流為1000mA。由于控制柜安裝在*控制室，只有傳感器和執行器安裝在現場，需要本安型現場儀表，因此從經濟的角度出發選擇FDC 157-0 DP/P耦合器。
壓力傳感器選型 SITRANS P DSⅢ為智能數字壓力變送器，帶有HART、PROFIBUS PA或FF總線通訊，具有按鍵操作、診斷功能以及高精度等特點（如圖3所示）。該智能壓力變送器主要用于壓力、壓差、絕壓和液位測量，具有特殊的安全標準。
圖3、壓力傳感器SITRANS P DSIII
SITRANS P智能壓力變送器先進的診斷功能有：
● 雙時間寄存器可以設置何時需要預防維護或是校準的提示信號。
● 可以任意調節的三個極限值，這就意味著可以執行預設定報警或溫度監控。
● 超限記錄：采用不可恢復的瞬間實際值記錄壓力的zui大/zui小值，傳感器溫度和電子單元的溫度。記錄信息也包括SITRANS P的狀態、進程和環境溫度等。
● 仿真功能：使變送器可以對傳感器后面的電子部分和整個回路進行檢查，例如對于開車前的系統調試。這提供了重要的信息：變送器電子部分是否正常工作? 多少壓力時產生超限響應？控制回路是否正常工作？所有顯示功能是否起作用？
● 簡單的即插即用功能：在現場，如果變送器在電子或測量單元出現故障，可以只替換故障的部件，無需重新校準。
● 現場調校更容易：DS III系列智能變送器具有*的就地按鈕。通過就地按鈕，可對變送器進行各種功能組態，如零點調整、加壓和不加壓的測量上下限的設定、單位選擇、阻尼設定、輸出選擇等。此外，由于就地按鈕采用磁感應原理，因而即使在危險場所，無需打開變送器表蓋，無需采用任何工具，也可以調整參數，運用自如。此外還可以鎖定組態按鈕，以避免誤操作。
流量傳感器選型 在本安類型中，SITRANS FM系列電磁流量計擁有滿足ATEX和FM認證的各個量程的類型，包括分體式和一體式安裝。它具有本質安全級輸入輸出、符合NAMUR NE 21、多信息和多語言顯示、實時流量和累積正反向流量、的自診斷功能和出錯記錄。在化學工業中常常具有苛刻環境，因而要求使用寬范圍防腐材質。西門子SITRANS FM提供的襯里、電極和外殼材質都可以經受住如此苛刻的過程介質的腐蝕。
圖4、氣動閥門定位器
門定位器選型 如圖4 所示的SIPART PS2系列閥門定位器具有以下特點：
● 自動初始化。SIPART PS2可以在很短的幾分鐘內，通過簡單的菜單進行自動初始化設定。在這個過程中，微處理器可以自己確定零點、終點位置、運動方向和速度。從這些項可以確定zui小脈沖時間和死區并且進行優化控制。
● 低耗氣量。SIPART PS2的另一個顯著的特點是極低的耗氣量，傳統的閥門定位器在工作中會有很多儀表空氣的排放或泄漏，造成儀表空氣的較大需求，產生高的運行成本。由于新壓電閥的技術，SIPART PS2在閥門不動作時不會有任何儀表空氣排放，只在zui需要的時間（即閥門動作的時候）用氣。
● 豐富的診斷功能。新型的SIPART PS2可以提供更多的參數和附加診斷信息，包括工作時間記錄、當前溫度、zui小/zui大溫度、每個溫度段的工作時間、在線控制閥座（上、下行程位置）、監視或顯示可調閾值等。
閥門定位器的選型結束后就是安裝接線，如圖5所示為儀表PA總線接線。
圖5、儀表PA總線接
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